Item 20: Prefer pass-by-reference-to-const to pass-by-value

C++函数的参数和返回值默认采用传值的方式，这一特性是继承自 C 语言的。如果不特殊指定， 函数参数将会初始化为实参的拷贝，调用者得到的也是返回值的一个副本。 这些拷贝是通过调用对象的拷贝构造函数完成的，正是这一方法的调用使得拷贝的代价可能会很高。

通常来讲，传递常量引用比传值更好，同时避免了截断问题。但是内置类型和 STL 迭代器，还是传值更加合适。

来个例子

一个典型的类的层级可能是这样的：

class Person {
string name, address;
};
class Student: public Person {
string schoolName, schoolAddress;
};

假如有这样一处函数调用：

bool validateStudent(Student s);           // function taking a Student by value

Student plato;                             // Plato studied under Socrates
bool platoIsOK = validateStudent(plato);   // call the function

在调用 validateStudent() 时进行了 6 个函数调用：

  1. Person 的拷贝构造函数，为什么 Student 的拷贝构造一定要调用 Person 的拷贝构造请参见：Item 12：完整地拷贝对象
  2. Student 的拷贝构造函数
  3. name, address, schoolName, schoolAddress 的拷贝构造函数

解决办法便是传递常量引用：

bool validateStudent(const Student& s);

首先以引用的方式传递，不会构造新的对象，避免了上述例子中 6 个构造函数的调用。 同时 const 也是必须的：传值的方式保证了该函数调用不会改变原来的 Student， 而传递引用后为了达到同样的效果，需要使用 const 声明来声明这一点，让编译器去进行检查！

截断问题

将传值改为传引用还可以有效地避免 截断问题：由于类型限制，子类对象被传递时只有父类部分被传入函数。

比如一个 Window 父类派生了子类 WindowWithScrollBars：

class Window {
public:
...
std::string name() const;           // return name of window
virtual void display() const;       // draw window and contents
};

class WindowWithScrollBars: public Window {
public:
...
virtual void display() const;
};

有一个访问 Window 接口的函数，通过传值的方式来获取 Window 的实例：

// incorrect! parameter may be sliced!
void printNameAndDisplay(Window w){     
std::cout << w.name();
w.display();
}

WindowWithScrollBars wwsb;
printNameAndDisplay(wwsb);

当调用 printNameAndDisplay 时参数类型从 WindowWithScrollBars 被隐式转换为 Window。 该转换过程通过调用 Window 的拷贝构造函数来进行。 导致的结果便是函数中的 w 事实上是一个 Window 对象， 并不会调用多态子类 WindowWithScrollBars 的 display()。

// fine, parameter won't be sliced
void printNameAndDisplay(const Window& w){ 
std::cout << w.name();
w.display();
}

这就很好嘛，如果你曾深入过编译器你会发现引用是通过指针来实现的。

特殊情况

一般情况下相比于传递值，传递常量引用是更好的选择。但也有例外情况，比如 内置类型 和 STL 迭代器和函数对象。

内置类型传值更好是因为它们小，而一个引用通常需要 32 位或者 64 位的空间。可能你会认为小的对象也应当首选传值， 但 对象小并不意味着拷贝构造的代价不高！比如 STL 容器通常很小，只包含一些动态内存的指针。然而它的拷贝构造函数中， 必然会分配并拷贝那些动态内存的部分。

即使拷贝构造函数代价很小，传值的方式仍然有性能问题。有些编译器会区别对待内置类型和用户定义类型， 即使它们有相同的底层表示。比如有些编译器虽然会把 double 放入寄存器，但是拒绝将只含一个 double 的对象放入寄存器。

一个只含 double 的对象大小为 8，它和一个 double 具有相同的大小和底层表示。关于对象大小的计算，请参考：Item 7：将多态基类的析构函数声明为虚函数

从面向对象设计方面来讲，即使对象现在很小，但它作为用户定义类型是有可能变大的（如果你更改了内部实现）。 从长远来讲的性能考虑，也应当采取传引用的方式来设计使用它的函数。

STL 迭代器和函数对象也应当被传值，这是因为它们在 STL 中确实是被这样设计的，同时它们的拷贝构造函数代价并不高。

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